1349-基于縫紉機針自動拋光機械手設(shè)計

1349-基于縫紉機針自動拋光機械手設(shè)計,基于,縫紉機,自動,拋光,機械手,設(shè)計 1畢業(yè)設(shè)計文獻翻譯學(xué) 生 姓 名： 呂曉琳 指 導(dǎo) 教 師 ： 劉 洋 合 作 指 導(dǎo) 教 師： 專 業(yè) 名 稱 ： 自動化 所 在 學(xué) 院 ： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2009 年 6 月2井下移動變電站遠程監(jiān)控軟件的開發(fā)與實現(xiàn)唐超禮, 黃友銳, 凌六一(安徽理工大學(xué)電氣學(xué)院, 安徽淮南 232001)摘要: 設(shè)計并實現(xiàn)了基于組態(tài)王的煤礦井下移動變電站監(jiān)控軟件,該監(jiān)控軟件利用井下鋪設(shè)的網(wǎng)絡(luò)線路,在井上完成對井下移動變電站整個運行過程的檢測、顯示、控制、保護、報警和管理,并把移動變電站運行記錄等參數(shù)以及操作人員的操作信息保存到數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)為操作人員對移動變電站進行監(jiān)控和維護提供了快速、準(zhǔn)確、全面的信息依據(jù),實現(xiàn)了移動變電站遠程監(jiān)控和自動化管理的目標(biāo)。關(guān)鍵詞: 組態(tài)王; 移動變電站; 遠程監(jiān)控; 工控機1 引言移動變電站是一種可移動的供電成套設(shè)備,用于把煤礦井下來自中央變電所的高壓電能轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪弘娔?并向采區(qū)工作面生產(chǎn)機械驅(qū)動設(shè)備提供電能移動式變配電裝置。它的安全運行是整個采區(qū)工作面工作可靠性的必要條件。一旦發(fā)生故障,將造成嚴(yán)重后果。不僅影響生產(chǎn),還可能造成人身事故。因此,實現(xiàn)對移動變電站的井上遠程實時監(jiān)控顯得十分重要。由于資金和技術(shù)方面的原因,目前我國中小型礦井大多未配有遠程監(jiān)控系統(tǒng),而是通過嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備巡回檢查制度作為主要手段,以保障井下變電站的正常運行。這樣一方面移動變電站在井下,所處環(huán)境惡劣,巡檢人員勞動強度較大;另一方面,在2 次巡視時間間隔內(nèi)變電站運行異常得不到及時發(fā)現(xiàn),運行參數(shù)也不能得到及時調(diào)節(jié)。為此,研發(fā)了基于組態(tài)王的移動變電站遠程監(jiān)控系統(tǒng),能無間隔地進行設(shè)備運行狀況監(jiān)視,且具有分合閘控制、過壓過載等報警功能,從而提高了移動變電站監(jiān)控的自動化程度, 保障井下的安全供電和安全生產(chǎn)。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式本系統(tǒng)硬件主要由研華工控機、網(wǎng)絡(luò)線路、通信轉(zhuǎn)換接口、移動變電站等組成;軟件主要由組態(tài)王軟件、ACCESS 數(shù)據(jù)庫等組成。具體來講,整個監(jiān)控系統(tǒng)3按功能可劃分為3層體系結(jié)構(gòu),包括:控制部分、監(jiān)控處理部分、數(shù)據(jù)存儲部分?？刂撇糠种敢苿幼冸娬疽訪G單片機作為中央處理單元,采用模塊化功能設(shè)計方法,實現(xiàn)了漏電、短路、過載、過壓等多項保護功能,是一種比較完善的保護系統(tǒng),并能非常方便地實現(xiàn)就地控制以及遠方控制功能。3 系統(tǒng)基本功能模塊設(shè)計考慮到實際要求,設(shè)計了 6 個主要基本功能模塊,下面就其主要模塊進行功能分析:(1) 移動變電站運行監(jiān)控功能運行監(jiān)控就是移動變電站正常運行時顯示的監(jiān)控畫面?？娠@示高(低) 壓側(cè)實時電壓、電流、功率、功率因數(shù)等參數(shù)大小;可顯示變電站運行狀態(tài)和變壓器擋位開關(guān)狀態(tài)。同時,通過按鈕可以實現(xiàn)對高(低) 壓側(cè)的復(fù)位、電動分閘、電動合閘、短路試驗、過載試驗等控制操作。(2) 移動變電站自檢功能自檢是指系統(tǒng)上電后對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行自動檢測,包括整定值是否正確、工作電壓是否正常、絕緣電阻值是否正常、短路試驗和過載試驗是否正常、變壓器保護功能和溫度是否正常等。(3) 額定參數(shù)檢測模塊額定參數(shù)檢測主要是完成對系統(tǒng)額定電壓、額定電流以及電流高低擋的檢測。電流整定值主要由LG單片機對其進行檢測。檢測電壓主要是用于確定系統(tǒng)過壓、欠壓、漏電閉鎖值和變壓器過熱溫度值。過載保護、短路保護等都是以電流信號作為判斷依據(jù)。(4) 合閘后故障檢測模塊合閘后故障檢測模塊主要是檢測電網(wǎng)絕緣狀態(tài)、電流信號、電壓信號、差動電流信號和溫度信號等。系統(tǒng)合閘后對電網(wǎng)絕緣狀態(tài)進行在線監(jiān)測;采集電壓信號是為了處理系統(tǒng)過壓和欠壓故障;檢測差動電流信號和溫度信號是為了判斷變壓器內(nèi)部故障,當(dāng)檢測到不同的故障時,系統(tǒng)會自動地切斷供電電源,同時顯示對應(yīng)的故障狀態(tài)和參數(shù)值。(5) 報警記錄功能當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生緊急情況時,如移動變電站出現(xiàn)過壓、欠壓、過載、短路等故障4時,該模塊能實現(xiàn)聲音報警,并把報警信息通過LG傳到組態(tài)界面上,同時產(chǎn)生報警記錄,報警記錄包括報警的日期、時間、編號、狀態(tài)、消息文本、持續(xù)時間等,其中若記錄是黃色的,表示的是故障報警; 若是紅色的,表示的是事故報警;若是綠色的,表示的是故障或事故已排出。(6) 數(shù)據(jù)存儲功能可把移動變電站監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警記錄以及操作人員的各種操作信息存儲到數(shù)據(jù)庫里,以便歷史數(shù)據(jù)的保存及操作員將來查閱這些數(shù)據(jù)供領(lǐng)導(dǎo)分析、決策。同時,電壓、電流、功率因數(shù)等重要參數(shù)還以實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線顯示出來,有利于值班人員的即時監(jiān)控。4 貨架冷彎成型線交流伺服控制系統(tǒng)的基本原理(1) 該系統(tǒng)由五部分組成，即計算機（PC） 、伺服驅(qū)動控制卡、交流伺服調(diào)速系統(tǒng)（交流伺服控制器、伺服電機及相應(yīng)的控制電纜） 、傳感檢測及反饋、輔助主動作執(zhí)行系統(tǒng)。主控程序只有幾百K，運行在 DOS操作系統(tǒng)下，主控微機通過打印端口LP1：與伺服驅(qū)動控制卡相連，并通過數(shù)據(jù)線發(fā)送位置或速度指令，在線適應(yīng)性調(diào)節(jié)或設(shè)定PID調(diào)節(jié)參數(shù)（程序設(shè)計過程中將其作開放性設(shè)計，便于調(diào)整）見后附圖，并進行數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換，通過相應(yīng)的控制板卡輸出±10V的模擬信號并經(jīng)過交流伺服放大器放大后驅(qū)動伺服電動機，半閉環(huán)或閉環(huán)位置控制反饋系統(tǒng)由電機軸端裝有的增量式光電碼盤（或在被傳動的物體上設(shè)置測量輥和增量式光電碼盤轉(zhuǎn)換裝置）提供信號（A 、B 、IN脈沖）來完成位置伺服系統(tǒng)的位置反饋，位置反饋環(huán)中傳感元件-增量式光電編碼器將運動構(gòu)件實時的位移（或轉(zhuǎn)角）變化量以A、B相差分脈沖形式長線傳輸?shù)浆F(xiàn)場控制站（PC 機）中進行編碼器脈沖計數(shù)，以獲得數(shù)字化位置信息，主控微機計算給定位置與實際位置（即反饋到的位置）的偏差后，根據(jù)偏差范圍采取相應(yīng)的PID控制策略，將數(shù)字控制作用經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變成模擬控制電壓，并輸出給伺服放大器，最終調(diào)節(jié)電機運動，完成期望值的反復(fù)多次閉環(huán)反饋定位控制，在控制原理上實現(xiàn)小誤差高精度的位置定位；然后主控程序?qū)o助主動作執(zhí)行系統(tǒng)下達運行指令，完成特定的機械抱閘動作、壓力機在線沖壓運動、液壓停剪切斷運動等。5(2) 本機組的主要特點：一次性投資成本較高，最大交流伺服功率有一定的限制，但后期運行成本低，特別是貨架組件的一次成材率高，產(chǎn)品精度高，應(yīng)用范圍廣且附加產(chǎn)值高。5 控制系統(tǒng)設(shè)計的幾個主要問題（1） 輸人信號的控制精度：測量輥圓周長與測量精度范圍的比值最終決定產(chǎn)品的生產(chǎn)控制精度，應(yīng)盡量選擇比值大的產(chǎn)品，并選擇合適的測量輥材料、測量輥與冷彎件的接觸阻尼和彈性系數(shù)以增加摩擦系數(shù)和接觸壓力防止測量過程滑料誤差的產(chǎn)生。（2） 輸出信號的控制精度：位置環(huán)PID控制算法上的不同決定了PID控制得到的控制精度和結(jié)果，如：求解方法有階躍反應(yīng)法，并根據(jù)控制特性采用三種動作特性：1）、僅有比例控制；2）、PI控制；3）、PID控制；并根據(jù)速度形、測定值微分形運算式進行PID運算，執(zhí)行相應(yīng)的精度要求下的正、反動作運算和控制。（3） PID系統(tǒng)參數(shù)的整定：主控微機向控制卡發(fā)送PID參數(shù)，看給定的參數(shù)是否符合控制系統(tǒng)的要求，該過程需用在線參數(shù)整定實現(xiàn)。參數(shù)整定的主要任務(wù)是確定K（P）、A（I）、B（D）及采樣周期Timer，比例系數(shù)K（P）增大，使伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動作靈敏、響應(yīng)加快，而過大會引起振蕩，調(diào)節(jié)時間加長；積分系數(shù)A（I）增大，能消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但穩(wěn)定性下降；微分控制B（D）可以改善動態(tài)特性，使超調(diào)量減少，調(diào)整時間Timer縮短。具體整定過程需要根據(jù)數(shù)字位置環(huán)的PID器改進控制算法以及參數(shù)整定方法來制定現(xiàn)場的適應(yīng)參數(shù)和現(xiàn)場的實際調(diào)整設(shè)定，并根據(jù)不同的產(chǎn)品或負(fù)載情況分別整定，否則易形成位置控制過程的振蕩現(xiàn)象。如圖設(shè)計程序中設(shè)置的開放式調(diào)整。6 結(jié)論利用工控機對煤礦井下移動變電站進行全面的監(jiān)控,大大降低了移動變電站操作員的勞動強度,減少了事故隱患,增強國內(nèi)移動變電站計算機輔助監(jiān)視系6統(tǒng)的能。本文是在項目開發(fā)過程中形成的,系統(tǒng)投入運行后,性能穩(wěn)定可靠,具有一定的參考價值,值得在煤礦移動變電站監(jiān)控中推廣和應(yīng)用。1畢業(yè)設(shè)計外文文獻學(xué) 生 姓 名： 呂曉琳 指 導(dǎo) 教 師 ： 劉 洋 合 作 指 導(dǎo) 教 師： 專 業(yè) 名 稱 ： 自動化 所 在 學(xué) 院 ： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2009 年 6 月2Underground mobile substation remote monitoring software for the development and implementationTANG Chao - li , HUANGYou - rui , LINGLiu - yi(Electric and Information Technology College , Anhui University of Science and Technology , Huainan 232001 , China)Abstract :Designs and realizes a coal mine mobile substations monitoring system based on king view. Through network line under mine , the software carries out examination , demonstration , control , protection , warning and management for the mobile substation’s entire work course on ground , at the same time. It saves workparameters as well as operators’ operation information to database. The monitoring system provides fast , accurate , comprehensive information for operators who monitor and maintain the mobile substations , and realizes remote monitoring and automated management goal .Key words ：king view; mobile substation ; remote monitor ; industry control computer1 IntroductionMobile substation is a Mobile-powered equipment, Used to put coal mine come from the central high-voltage substation can change low-voltage electricity, Mining area to face production machinery drives provide electrical power to mobile device variable distribution. The safe operation of its mining area as a whole face job a necessary condition for reliability. The event of failure, will have serious consequences. Not only affects production, may also be caused by physical accident. Therefore, the implementation of mobile substation Inoue has become really important for long-range real-time monitoring. Because of financial and technical reasons, small and medium-sized mines in China are mostly not equipped with a remote monitoring system, but through strict implementation of mobile inspection system equipment as the main means to safeguard the normal operation of underground substation. This on the one hand, the mobile substation in the underground, where conditions are poor, patrol officers greater labor intensity; On the other hand, at 2 time interval inspections substation is not timely detection of abnormal operation, operating parameters are not given timely adjustment. To this 3end, the R & D based on the mobile substation King view remote monitoring system capable of non-interval to carry out the operation of surveillance equipment, and has a sub-reclosing control, such as over-voltage overload alarm function to enhance the mobile substation to monitor the degree of automation, to protect the safety of underground power supply and safety in production.2 System StructureThe system hardware mainly by Advantest Industrial Computer, network lines, communication, conversion interface, such as the composition of the mobile substation; software mainly by King view software, ACCESS database component. Specifically, according to the functions of the entire monitoring system can be divided into 3-layer architecture, including: the control part of monitoring treatment of the data storage parts. Control part refers to the mobile substation to LG as a single-chip central processing unit, using modular design methods, implementation of the leakage, short circuit, overload, overvoltage protection and many other features, is a relatively comprehensive protection system, and can very easy to achieve local control and remote control functions. 3 basic functions of the modular design systemTaking into account the practical requirements, the design of the six basic functions of main modules, the following main modules on its functional analysis:(1) mobile substation monitoring functionMonitoring is the normal operation of mobile substation display monitor screen. May indicate that high (low) pressure side of real-time voltage, current, power, power factor and other parameters of size; can display running status and transformer substation switch gear status. At the same time, the button can be achieved through the high (low) pressure side of the reset, electric sub-gate, the electric switch, short circuit tests, load tests, such as control operations.(2) self-test function of the mobile substation 4Refers to the system are on self-test after the electric system to automatically detect job status, including the setting is correct, whether or not the normal operating voltage, insulation resistance value is normal, short-circuit test and overload test whether the normal function of transformer protection and temperature are normal and so on.(3) Detect module rated parameters Rated parameters of the main Detect completion of the system are rated voltage, rated current and the current level of block detection. Current setting by LG for its single-chip for testing. Detect voltage is mainly used to determine the system over-voltage, under voltage, leakage current value and transformers overheated atresia temperature. Overload protection, short circuit protection are based on current signal as a judge. (4) after the fault detection module Reclosing Reclosing fault detection module after the main power grids are Detect insulation status, current signal, voltage signal, the differential current signal and temperature signals. Reclosing of the power grid after system insulation online status monitoring; Acquisition voltage signal in order to deal with the system are over-voltage and under-voltage breakdown; Detect differential current signal and temperature signal are in order to determine the transformer internal fault, when fault detection to a different system will automatically cut off power supply, at the same time shows the corresponding fault status and parameter values. (5) Record function alarm When the scene of an emergency situation, such as mobile substation had pressure, under-voltage, overload, short circuit failure, the module can realize the voice of alarm, and alarm information transmitted through the configuration interface on LG at the same time have the police records, police Alarm Record, including the date, time, number, status, message text, duration, etc. If the records are one of the yellow that is the fault alarm; red if that is the accident report to the police; if the green that is the fault or incidents have been discharged. (6) data storage function 5Can put the mobile substation monitoring data, alarm recording, and the operator to operate the various information stored in databases in order to preserve historical data and operator access to these data for future analysis of leadership, decision-making. At the same time, voltage, current, power factor and other parameters is also important to real-time trend curves and curves show the historical trend and is conducive to real-time monitoring of on duty personnel.4Cold Forming line shelves AC servo control system of the basic principles (1) shelf components for the general production process: open-book - the school level - online servo feed punching - forming rolling - straightening - Length cut (or cut off the servo-track) - packaging -- post-spray treatment; (2) The unit's main features: one-time investment costs are relatively high, the largest power AC servo has some restrictions, but low-cost post-operation, especially in the shelf components at a high yield, high-precision products, applications and a wide range of additional value high. 3, automatic feeder and the punching device and the working principle5Control System Design of a number of major issues（1）Input signal control precision: roll circumferential length measuring accuracy and measuring the ratio of final decision on the scope of the production control accuracy, the ratio should be a great choice of products and select the appropriate measurement of roll materials, measurement of roller contact with the cold-formed parts and damping coefficient of elasticity in order to increase the friction coefficient and contact pressure to prevent the measurement error process for selecting the material slide. （2）The control accuracy of the output signal: position loop PID control algorithm on the different PID control determines the control precision and the results, such as: solving step reaction method, and control features in accordance with movements in three characteristics: 1), only proportional control; 2), PI control; 3), PID control; and in accordance with the speed of shape, shape determination of the value of differential expression for PID calculations, the accuracy of the implementation of the 6corresponding request of the positive and negative movements and control operations. （3）PID tuning system parameters: host computer to send to the PID controller parameters, the parameters to see whether a given control system in line with the requirements of the process of setting the parameters required to achieve online. Parameter tuning of the main task is to determine K (P), A (I), B (D) and sampling period Timer, the ratio of coefficient K (P) increases, so that the action servo drive system is sensitive, in response to speed up, and had caused the General Assembly oscillation to regulate the hours lengthened; integral coefficients A (I) increases, the system can eliminate the steady-state error, but the stability of decline; differential control of B (D) can improve the dynamic characteristics, so that to reduce the overshoot, shorten the adjustment time Timer. The specific needs of the whole process will be based on the number of the location of the PID loop control algorithm to improve the device and the parameter tuning approach to the development of the field to adapt to the actual parameters and on-site adjustment of settings and under different load conditions of the product or the entire set, respectively, otherwise the process easy to control the formation of the location of the oscillation. As the design process in an open setting to adjust. 6 Conclusion The use of IPC on the coal mine to conduct a comprehensive mobile substation monitoring, greatly reduced the mobile substation operator's labor intensity, reduced accidents, and enhance the domestic mobile substation computer-aided monitoring system can be. This article is in the project development process of the formation, the system put into operation, the performance is stable and reliable, has a certain reference value, it is worth the mobile substation in coal mine monitoring the promotion and application.畢業(yè)論文基于縫紉機針自動拋光機械手設(shè)計學(xué) 生 姓 名： 呂 曉 琳 指 導(dǎo) 教 師 ： 劉 洋 合 作 指 導(dǎo) 教 師： 專 業(yè) 名 稱 ： 自動化 所 在 學(xué) 院 ： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2009 年 6 月大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 目 錄目錄摘要 .......................................................................................................IAbstract.................................................................................................II第一章 緒 論 .......................................................................................11.1 機械手的簡介與概況 ........................................11.2 機械手的組成與分類 ........................................11.3 機械手的應(yīng)用意義及參數(shù) ....................................51.4 機械手應(yīng)用簡況 ............................................6第二章 關(guān)于 縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算 .......................112.1 一級減速器減速比及轉(zhuǎn)矩的折算的計算 .......................112.2 齒輪的材料選擇，及其傳動失效形式的計算 ...................112.3 滾動軸承使用壽命的計算 ...................................132.4 螺栓組受力分析 ...........................................152.5 軸的設(shè)計與計算 ...........................................16第三 章 縫紉 機針拋光機械手工作原理及電機的選擇 ...................193.1 拋光自動線組成及工作原理 .................................193.2 機械手的步進電機驅(qū)動及手部動作方式 .......................203.3 進電機的選擇 .............................................24第 四章 縫紉機針拋光機械手電路的控制及程序設(shè)計 ...................264.1 步進電機內(nèi)部芯片的介紹 ...................................264.2 細(xì)分電路的選擇及原因 .....................................274.3 關(guān)于選用 3713 各引腳及功能和 DA0808 的圖例 .................274.4 步進電機的程序控制 .......................................30第五章 縫紉機針拋光機械手氣動裝置的選擇 ...............................365.1 氣動機構(gòu)簡圖 .............................................365.2 手臂俯仰運動汽缸的設(shè)計選擇 ...............................365.3 手臂回轉(zhuǎn)運動汽缸的設(shè)計選擇 ...............................37第六章 結(jié)論 .......................................................................................39致 謝 ...................................................................................................40參考文獻 .............................................................................................41大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 摘 要I摘要隨著工業(yè)突飛猛進的發(fā)展，機械手扮演著越來越重要的角色。機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。本文主要研究機械手的手指夾持縫紉機針，在即旋轉(zhuǎn)有往復(fù)移動的拋輪上進行上下擺動，根據(jù)拋光工藝過程，各機械手間互相傳遞著縫紉機針、調(diào)換縫紉機針的大小頭，并進行精、精拋光等操作。機械部分是在力學(xué)計算的基礎(chǔ)上經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析進行設(shè)計，包括手部、手腕、手臂、送料裝置以及機身等；氣壓系統(tǒng)的設(shè)計包括氣壓系統(tǒng)的計算、氣壓元件的選用、多種規(guī)格接頭的設(shè)計和加工以及氣壓系統(tǒng)的安裝調(diào)試。關(guān)鍵詞：機械手，計算，自動化，機械裝置大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 Abstract IIAbstractWith the scientific and technological progress, cars have become the mainstream of the contemporary world, the invention of cars to bring mankind great convenience, the car handling, comfort has also been gradually improving, and the mantransmission has been gradually by the automatic transmission Replaced. Automatic transmission can be repeated for the acceleration, deceleration, speed transmission, anotherfunctions, the speed with smooth, light and other advantages of driving. But with the traditional manual transmission compared, there are complex structures, detection, diagnosis and maintenance of difficult issues, so this common automotive automatic transmission failure study.This paper studies mechanical hand fingers gripping sewing machine needles and the imminent movement of reciprocating a rotating wheel on the left swinging from op to bottom, according to polishing process, the manipulator of transmission of the ewing machine needle each other, swapped the size of the first sewing machine eedles and a fine, fine Polishing operation. Mechanical parts in the mechanical ulation on the basis of the structure of the design, including the hand, wrist, arm, feeding devices and the fuselage; pressure system design, including air pressure system, pneumatic omponents of the selection, a variety of joint specifications Design and processing system and the installation of air pressure adjustment.Key words：Machinery hand, calculate, Automation,Mechanical device大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 1第一章 緒 論1.1機械手的簡介與概況在中國工業(yè)韌帶發(fā)展中，很多高生產(chǎn)率高精度的機械加工設(shè)備從國外引進，比如工業(yè)機械手、數(shù)控車床和銑床等，還有把幾種機床的功能集中在一起的加工中心等。總之這類 CNC 機床大大的提高了工作速度，產(chǎn)品的加工精度，降低了工作的勞動強度，所以大受歡迎。但是這類設(shè)備引進費用也是相當(dāng)?shù)陌嘿F。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、裝配等作業(yè)的自動化，工業(yè)專用機械手越來越的到人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機械手被稱為“工業(yè)機械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率；可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。機械手的結(jié)構(gòu)型式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，使用范圍比較廣的“程序控制通用機械手” ，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快地改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。本文主要研究機械手的手指夾持縫紉機針，在即旋轉(zhuǎn)有往復(fù)移動的拋輪上進行上下擺動，根據(jù)拋光工藝過程，各機械手間互相傳遞著縫紉機針、調(diào)換縫紉機針的大小頭，并進行精、精拋光等操作。機械部分是在力學(xué)計算的基礎(chǔ)上經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析進行設(shè)計，包括手部、手腕、手臂、送料裝置以及機身等；氣壓系統(tǒng)的設(shè)計包括氣壓系統(tǒng)的計算、氣壓元件的選用、多種規(guī)格接頭的設(shè)計和加工以及氣壓系統(tǒng)的安裝調(diào)試。1.2機械手的組成與分類1.2.1機械手的組成機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖 1-1 所示。大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 2執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)控制系統(tǒng) 被抓取工件位置檢測裝置圖 1-1系統(tǒng)方框圖（一） 執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。1、手部 即與物件接觸部件。由于與物件拉觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。夾持式手部由手指（或手爪）和傳力機構(gòu)所構(gòu)成，手指是與物件直接接觸，而傳力機構(gòu)由通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)；吸附式手主要由吸盤等構(gòu)成，它是靠吸附力（如吸盤內(nèi)形成負(fù)壓或電磁力）吸附物件。2、手腕 是聯(lián)接手部和手臂的部件，起調(diào)整或忙改變工作方位的作用。3、手臂 支承手腕和手部的部件，用以改變工件方位的作用。4、立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯(lián)系。機械手的立柱通常為固定不動的，但因工作需要，有時也可以橫向移動，即稱為可移式立柱。5、行走機構(gòu) 機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機構(gòu)。滾輪式行走機構(gòu)可分有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動滾輪運動則應(yīng)另外增設(shè)機械傳動裝置。6、機座 它是機械手的基礎(chǔ)部分，機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于機座上，故起支承和聯(lián)接的作用。（二）驅(qū)動系統(tǒng)機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置。常用的液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。（三）控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間） ，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。（四）位置檢測裝置控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定的位置。大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 31.2.2機械手的分類由于機械手還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。（一）按用途分機械手可分為專用和通用機械手兩種：1、專用機械手 它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、實用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)，如自動機床、自動線的上、下料機械手和“加工中心”附屬的自動換刀機械手。2、通用機械手 它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種：簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制；伺服型具有伺服定位控制系統(tǒng)，可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，一般的伺服型通用機械手屬于數(shù)控類型。（二）按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機械手 是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機械手的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。2、氣壓傳動機械手 是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手。其主要特點是介質(zhì)來源極方便、氣動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，而且氣源壓力較低，抓重一般在 3 公斤以下，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。機械傳動機械手 即由機械傳動機構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等）驅(qū)動的機械手。它是一種附屬于工作主要的專用機械手，其動力是由工作機械傳遞的。它是主要特點是運動準(zhǔn)確可靠、動作頻率高、但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。3、電力傳動機械手 即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發(fā)展前途。（三）按控制方式分1、點位控制：這的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡.若欲控制的點數(shù)越多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前多數(shù)機械手屬于點位控制。2、邊續(xù)軌跡控制：它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 4整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并用使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。1.2.3機械手的自由度及坐標(biāo)形式自由度是機械手設(shè)計的主要參數(shù)，每一個夠件（即運動）相對固定座標(biāo)系所具有的獨立運動稱為自由度。每一個構(gòu)件相對固定坐標(biāo)系最多可有六個自由度即沿 X、Y、Z 三個方向獨立的往復(fù)移動和繞 X、Y、Z 軸三個獨立的回轉(zhuǎn)運動。兩個構(gòu)件組成相對運動的連接稱為運動副，對相對運動加以限制的條件即為約束條件。因為，組成運動副的各構(gòu)件的運動是受到約束的，不能任意運動，必須按照人們預(yù)定的規(guī)律而運動。分析機械手的手臂、手腕、手指等部件的本身和他們之間的關(guān)系，不外乎是有一組相互聯(lián)系的著的構(gòu)件和運動副所組成，這些運動副又可分為只有一個自由度的回轉(zhuǎn)副和移動副或三個自由度的球面副。機械手要象人手一樣完成各種運動是比較困難的。因人手指、手腕、手臂有十九個關(guān)節(jié)所組成，并具有 27 個自由度，而生產(chǎn)實踐中機械手不需要這么多自由度。下面按機械手所具有的主運動和輔助運動來分析其自由度。手臂和立柱的運動稱為主運動，因為他們能改變被抓取工件在空間的位置。手腕和手指的運動稱為輔助運動，因為手腕的運動只能改變被抓取工件的方位，而手指的夾取動作不能改變工件的方位和位置，故他不計為自由度數(shù)，其他設(shè)計均記為自由度數(shù)。自由度的坐標(biāo)形式：按機械手的手臂的不同運動形式及起組合情況，起坐標(biāo)形式可分為下列幾種：1、直角坐標(biāo)式機械手的手臂的運動系由三個直線運動所組成，即沿直角坐標(biāo)系的 X 軸伸縮、沿 Z 軸的升降、沿 Y 軸的橫移。這種坐標(biāo)形式的機械手成為直角坐標(biāo)機械手。他的特點是機構(gòu)簡單，定位精度高，適用于主機位置成行排列的場合。但是由于占地面積大而范圍小以及靈活性差，限制了它的使用范圍。2、圓柱坐標(biāo)形式機械手的運動系有兩個直線運動和一個回轉(zhuǎn)所組成，即沿 X 軸的伸縮、沿 Z 軸的升降，沿 Z 軸的回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)形式的機械手稱為圓柱坐標(biāo)形式機械手。他與直角坐標(biāo)形式比較，占地面積小而活動范圍大，機構(gòu)較簡單，并能達到較高的定位精度，因此應(yīng)用范圍廣泛。但由于機械手機構(gòu)的關(guān)系，沿 Z 軸方向移動的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的物件。3、球坐標(biāo)式其手臂的運動由一個直線運動和兩個轉(zhuǎn)動所組成，即沿 X 軸的伸縮、繞 Y 軸的俯仰和繞Z 軸回轉(zhuǎn)。這種坐標(biāo)形式的機械手成為球坐標(biāo)式機械手。這種機械手手臂的俯仰能抓取地面上的物件，為了使手部能適應(yīng)被抓取物件的方位要求，常常設(shè)有手腕上下擺動，使其手部保持水平位置或其他狀態(tài)。這種形式的機械手具有動作靈活，占地面積小而工作范圍大等特點，他適用于沿伸縮反向向外作業(yè)的傳動形式。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，此外，手臂擺動角的誤差通過手臂會引起手部中心處的誤差放大。大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 51.3 機械手的應(yīng)用意義及參數(shù)1.3.1機械手應(yīng)用意義1、可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度應(yīng)用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。2、可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3、可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)應(yīng)用機械手代替人手進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。綜上所述，有效地應(yīng)用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。1.3.2機械手的主要參數(shù)1、抓重抓重是機械手所能抓取或搬運物件的最大重量，它是機械手規(guī)格中的主要參數(shù)，以 10公斤左右的機械手為數(shù)最多。一般將抓重 1 公斤的或 1 公斤以下的機械手稱為微型機械手，1-5 公斤的定為小型，5-30 公斤的定為中型；30 公斤以上的稱為大型。2、自由度數(shù)和坐標(biāo)形式機械手的自由度數(shù)和坐標(biāo)形式的選擇，依據(jù)機械手現(xiàn)場具體的生產(chǎn)情況和工藝的要求而定，其選取原則如前所述。3、運動速度運動速度是機械手的主要參數(shù)之一，他反映了機械手的生產(chǎn)水平，很多機械手由于速度低限制了他的使用范圍。而影響機械手運動快慢的兩個主要運動是手臂的不伸縮和回轉(zhuǎn)運動。4、行程范圍手臂的運動速度大小與機械手的驅(qū)動方式、定位方式、抓重大小和行程距離有關(guān)系，當(dāng)手臂的運動速度很高時，手臂在啟動和制動過程中回產(chǎn)生很大的沖擊和震動，著就會影響手臂的定位精度，因此，手臂的運動速度應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的長短、生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性和定位精度等要求來卻定。機械手的手臂運動形成大小與機械手的抓重大小、坐標(biāo)形式、驅(qū)動方式以及實用性能有大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 6關(guān)系。一般地對于通用機械手的回轉(zhuǎn)應(yīng)可能的大些，使機械手有一定的通用性，因此一般地手臂回轉(zhuǎn)行程大多數(shù)是 500-1000 毫米范圍內(nèi)選取；手臂升降運動的執(zhí)行機構(gòu)都配置與機座內(nèi)，可按需要選定。除了上述主要參數(shù)外，還應(yīng)考慮定位和位置檢測裝置的選用，這些也反映了機械手眼的特性。目前常用的機械擋塊、可調(diào)機械當(dāng)塊、行程開關(guān)（或限位開關(guān)） 、電位器及光電編碼器社頂和檢測裝置。1.3.3機械手的規(guī)格參數(shù)為了說明工業(yè)機械手的工作性能、使用范圍、規(guī)格大小、應(yīng)將機械手的規(guī)格參數(shù)標(biāo)注出來或列表說明。通用機械手的規(guī)格參數(shù)：1、抓重 額定抓取重量或額定負(fù)荷，單位為公斤（必要時注明限定運動下的抓重） 。2、自由度數(shù)目和坐標(biāo)形式整機、手臂和手腕等運動共有幾個自由度，并說明坐標(biāo)形式。3、手臂運動參數(shù)。4、手腕運動參數(shù)。5、手指夾持范圍（毫米）和握力（即加緊力或吸力） （公斤） 。6、定位方位 固定機械當(dāng)塊、可調(diào)機械擋塊、行程開關(guān)、電位器及其他各種位置設(shè)定和檢測裝置；各自由度所設(shè)定的位置數(shù)目或位置信息容量；點位控制或連續(xù)軌跡控制。7、驅(qū)動方式 液壓、氣動、電動和機械。8、定位精度 位置設(shè)定精度及重復(fù)定位精度（毫米） 。9、程序編制方法及程序容量 如插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔卡。對于程控類型的應(yīng)說明輸入、輸出電數(shù)和程序步數(shù)。10、受信、發(fā)信數(shù)目，連鎖控制信號數(shù)目。11、控制系統(tǒng)動力 電、力氣。12、驅(qū)動源 氣動的氣壓大?。浑妱訖C的功率；電動機的類型、規(guī)格。13、輪廓尺寸 長 寬 高（毫米） 。?14、重量 整機重量。如驅(qū)動源、控制柜與工業(yè)機械手機體分開時，則分別說明。1.4機械手應(yīng)用簡況在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法，程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5％。從這里可看出，裝卸、搬運等大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 7工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。1.4.1機械手的具體應(yīng)用國內(nèi)外機械工業(yè)、鐵路部門中機械手主要應(yīng)用于以下幾方面：1、熱加工方面的應(yīng)用熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動，很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。2、冷加工方面的應(yīng)用冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用，成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。3、拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一，促進了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)段等部門，已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等，減輕了勞動強度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手，可用以對客車內(nèi)部進行連續(xù)噴漆，以改善勞動條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。近些年，隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機械手中越來越多的應(yīng)用，工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。1.4.2機械手的應(yīng)用意義目前國內(nèi)工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國內(nèi)主要是逐步擴大機械手應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，又便于改換工作，擴大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能地機械手，并考慮于計算機聯(lián)用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。在國外機械制造業(yè)中，工業(yè)機械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 8是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時，就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時，即能更正，并自行檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計算機。工作時，電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后傳送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件，通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小。總之，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到 1995 年，全世界約有 50%的汽車由機械手裝配?，F(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。1.4.3機械手的發(fā)展趨勢專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標(biāo)志的時代。由于通用機械手的應(yīng)用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴大。早在 40 年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。50～60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。60～70 年代，又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上，亦即是第二代機械手這一新技術(shù)進入了應(yīng)用階段。80～90 年代，裝配機械手處于鼎盛時期，尤其是日本。90 年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。90 年代以后，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。總之，目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度。第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 9究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能。第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。1.4.4 機電一體化的生產(chǎn)發(fā)展與系統(tǒng)組成現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動了不同學(xué)科的相互交叉和滲透，導(dǎo)致了幾乎所有機械領(lǐng)域的技術(shù)革命和改造，縱向分化、橫向綜合已成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要特點。在機械領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)的飛速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系均發(fā)生了巨大的變化，同時隨著液壓與液力傳動技術(shù)在機械技術(shù)構(gòu)成中所占的比重越來越大，工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了以“機電液一體化”為特征的發(fā)展階段。所謂機電液一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引進了電子技術(shù)和液壓控制技術(shù)，并把機械裝置、執(zhí)行部件、計算機等電子設(shè)備以及軟件等有機結(jié)合而形成的系統(tǒng)，即機械、執(zhí)行、液壓、信息處理、接口和軟件等部分在電子技術(shù)的支配下，以系統(tǒng)的觀點進行組合而形成的一種新興機械系統(tǒng)。機電液一體化產(chǎn)生和發(fā)展的根本原因在于社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機電液一體化的理論基礎(chǔ)，也是機電液一體化的方法論。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進步，則為機電液一體化技術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。機電液一體化系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)形式千變?nèi)f化，但是系統(tǒng)構(gòu)成的基本要素是相同的，一般包括機械本體、動力部分、檢測部分、執(zhí)行機構(gòu)、控制器、接口等，其驅(qū)動與控制的核心是液壓、電子集成系統(tǒng)。1、機械本體機械本體包括機械傳動裝置和機械結(jié)構(gòu)裝置。機械本體的主要功能是使構(gòu)成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間關(guān)系裝置在特定的位置上，并保持特定的關(guān)系。為了充分發(fā)揮機電液一體化的優(yōu)點，必須使機械本體部分具有較高的強度和較小的自重以及實現(xiàn)動作時具有較高的可靠性。機械傳動裝置要求有高剛度、低慣量以及較高的諧振頻率和適當(dāng)?shù)淖枘嵝阅?，從而對機械系統(tǒng)的制造材料和結(jié)構(gòu)形式等方面都提出了相應(yīng)的要求。機械機構(gòu)是機電液一體化系統(tǒng)的機體，機械的各組成要素均以機體為骨架進行合理布局，從而有機結(jié)合成一個整體，這不僅是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，同時也是外部造型的設(shè)計問題。要求系統(tǒng)整體布局合理，液壓管路、接頭、控制線束等盡可能減少，使用、操作方便，造型美觀。2、動力部分按照系統(tǒng)控制要求，動力部分為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出，是機電液一體化產(chǎn)品的顯著特征之一。驅(qū)動部分在控制信息作用下，提供動力，驅(qū)動各執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作和功能。機電液一體化系統(tǒng)一方面要求驅(qū)動的高效率和快速響應(yīng)，同時要求對外部環(huán)境的適應(yīng)性。由于電子與液壓技術(shù)的高速發(fā)展，高性能電子液壓比例驅(qū)動和電子液壓伺服驅(qū)動已大量應(yīng)用與機械系大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒論 10統(tǒng)中。3、檢測部分檢測部分功能主要是對系統(tǒng)進行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。其功能一般由專門的傳感器和儀器儀表完成。4、執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)的功能應(yīng)是根據(jù)控制信息和指令完成所要求的動作。執(zhí)行機構(gòu)是運動部件，它將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能。機械上常用的液壓式執(zhí)行部件主要是液壓缸和液壓馬達。5、控制器控制器是機電液一體化系統(tǒng)的核心部分。它將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、儲存、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個系統(tǒng)有目的地運行。一般由計算機、可編程序邏輯控制器(PLC)、數(shù)控裝置以及邏輯電路、A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換、I/O 接口和計算機外部設(shè)備等組成。6、接口機電液一體化系統(tǒng)由許多要素或子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間必須能順利進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換，為此各要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系環(huán)節(jié)，兩個部件間的連接就可稱為接口，其基本功能有三個：(1)交換。需要進行信息交換，傳輸?shù)母鳝h(huán)節(jié)之間由于信號的模式不同（如數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等等） ，無法直接實現(xiàn)信息或能量的交流，通過接口完成信號或能量的交流和統(tǒng)一；(2)放大。在兩個信號強度相差懸殊的環(huán)節(jié)間，經(jīng)接口放大，達到能量的匹配；(3)傳遞。變換和放大后的信號在環(huán)節(jié)間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換，且必須遵循協(xié)調(diào)一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范。接口具有保證信息傳遞的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定模式進行傳遞。大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算11第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算2.1一級減速器減速比及轉(zhuǎn)矩的折算的計算電動機滿載滿速 n0=960r/min，總傳動比 i= = =30nw08.31961、I 減= = =12.076 1i5.29302、 i2= = =4.038 = =2.989 0 軸是電動機的高速i減i.076.12.?3i1減軸 T0=34KW 3、 =9.55 =9.55 =34N mP0=3.5kw 1 軸是減速器的高速0t1nP960p?軸 4、p =p0 1=3.5 0.96=3.4kw N = = =384r/min1??10in5.2965、T =9.55 =9.55 =86.80 N m 2 軸是減速器的低速n384?軸 6、p =p 12=3.4 0.97 0.99=3.25kw N =21???2min/1.95038.41rin?7、T =9.552 kmnP80.63419.52??2.2 齒輪的材料選擇，及其傳動失效形式的計算齒輪用鋼可以分為鍛鋼和鑄鋼兩種，由于鍛鋼的質(zhì)量比鑄剛好，所以除了尺寸較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易鍛制制時采用鑄鋼，鑄鐵的耐沖擊和抗彎曲的性能較差，主要用于鑄造低速或不重要的開式齒輪及傳動功率較大的齒輪。球墨鑄鐵的機械性能較高，有時可以用來代替鑄鋼。對于高速小功率，精度不高的齒輪有時用非金屬材料制作。齒輪傳動的載荷計算：1、Ft= =653.846 52340?dT2、T1=9.55 =340006?1nP本設(shè)計是二級直齒圓柱齒輪減速器，步進電機驅(qū)動單向運行，載荷平穩(wěn)，低速齒輪功大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算12率是 3.4KW,小齒輪轉(zhuǎn)速是 n=384r/min 傳動比 i=4,每天一班，預(yù)計壽命是十年。（一） 料的選擇小齒輪的材料選擇 40cr 鋼，調(diào)制處理，齒面硬度 250-280HBS 大齒輪材料用 ZG310-570,正火處理，齒面硬度 162-185HBS。計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N：1、N1=60n1jLh=60 8102.5)38410(???2、N2= 經(jīng)過查表得 ZN1=1.05 ZN2=1.14.432.?iZX1=ZX2=1.0 取 S =1.0 Z =1.0 Z =0.92 按齒面硬度 250HBS 和 162HBS 得minHWLVRMPaPa02l,6901li???3、[ MPaSLVRWXN 5.692.015.69in1]1 ???4、[ Z =H2minl2LVRMPa5.4619.01.0.1???因為[ 取[]2??.2][（二）按齒面接觸強度確定中心距小齒輪的轉(zhuǎn)矩1、T1=9.55 初取 K z =1.1 =0.4 i=460?N??573018t2???2、Z = = =2.5H?SICO22SIa>(i+1) =(4+1) =295.4mm31aiKT?23)][(ZEH?? 23 )5.46198(.0571??取中心距 a=300mm3、M=(0.007-0.02)a=((0.007-0.02) m=4mmm.2??4、齒數(shù) z = = , z =uz =4 30=120.1)(2?uma3054?1?5、齒輪分度圓直徑 D1=mz1=4 mm D2=mz2=4mm26、齒輪齒頂圓直徑 da1=d1+2ha =120+2 *284.?da2= d2+2ha =480+2 mmm01?7、齒輪基圓直徑 db1=d1cos m736.cos2??大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算13db2=d2cos m052.41cos480????8、圓周速度 v= snd/91632.1063??選齒輪精度為 8 級和 vz1/100=1.89 6.,67./ ?VK得齒寬 b= a=0.4 b/d1=112/112=1.0 低速軸剛度大，二級傳動中齒輪?am2?相對軸承為非對稱分布，k =1.08 k =1.1 K=kAKVK K ==1.0????6.108.61?9、 =arccos2406.8173.arcosarcs11 ??bd? 2?校核齒根彎曲疲勞強度按9.24805.2z1=30,z2=120 得 Y =2.56，Y =2.20，Y =1.65，Y =1.81 由 =290MPA，1FAFA1SA2SA1limF?=152MPA Y =1.0 Y =1.0 取 Y =2.0 S =1.4 m=4p2,故按 p1 計算= hL10 hpftcn 7.1564)30925.(7601)(63????= 故 6038 軸承選用。h10.54hL12.3.2圓錐滾子軸承的計算圓錐滾子軸承載荷的計算選一對 30206 圓錐滾子軸承，dm=56.25,Ft=1130N,Fr=380N Fa=146N,軸的轉(zhuǎn)速 n=348r/min，中等沖擊，溫度低于 100 度。該軸承承受水平方向反力：R =02??HMH1 NFt561035??R =12 9垂直方向反之力：R =02?VV2 NdFmar 94.52810.46538102/5 ??????R =1M1 N9..4638N59.45622???6.78因為 Y=1.6，C=41200N，e=0.37132?YRSYRS52?求軸向載荷 A 已知 FA=Fa=146NA1=MAX(S2+FA,S1)=MAX(556+146.183)=701NA2=MAX(S1-FA,S2)=MAX(183-146.555)=555N軸承動量載荷 p由 得 x1=0.4,Y1=1.6+1877?1R37.02.58470??e得 x2=1,y1=0 fd=1.5.1.62?A大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算15f =1,f =1.51m2p1=f f (X1R1+Y1A1)=2033NdP2=f f (X2R2+Y2A2)=3996N p2>p1 ft=12m=hL10 hptcn4.12)396401(60)( 36 ???2.3.3軸承受力簡圖圖 2-1軸承受力簡圖軸承受力簡圖如圖 2-1 所示，軸承的當(dāng)量動載荷公式為 式中 )(YAXRfpmd??df為沖擊載荷系數(shù)； 為力矩載荷系數(shù)。mf軸承的壽命公式為 式中 p 是當(dāng)量動載荷 是壽命指數(shù)。球軸承，?)(601cnLh??=3；滾子， = ；n 是軸承轉(zhuǎn)速。??32.4 螺栓組受力分析MpBsmhpmb 195,23,340,8,150, ??? ??螺栓數(shù) 個，對稱布置。在工作載荷 p 的作用下，螺栓組連接承受軸向力，橫向2Z力，翻轉(zhuǎn)力矩的作用。軸向力： NSIPINF675??橫向力： =RCO308480??翻轉(zhuǎn)力矩： RM???116大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算16在軸向力 的作用下，各螺栓所受的工作拉力為?F NZF9143671??=2NLMAXi 18740152???969?( - 或 >fpzQRKFCfL??)pQ)(??FCfzL摩擦系數(shù) 查表得 則15.0?f ,2.0??FLC8.0?FLFL, > = N2.fKpQ)(?fRzFL15.38(4?695)7.?= +p NFCL 70296.0695?????[Ms240??.1SMps15.4]??.1DmQ79.8603.][. ????)(max AFWCAzLFpp ?????2180)234(150??66mW?? Mpp 87.1)03_1857(.0189max ????由于 故連接結(jié)合面不至于被壓碎 ][axpp?? )(min AFWCAzQLFPp ????故結(jié)合面處收壓最小處不會產(chǎn)生間隙。2.5軸的設(shè)計與計算根據(jù)本次設(shè)計特點，設(shè)計出符合要求的軸。大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算172.5.1軸的材料選擇選用 45 號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，調(diào)制處理。E=2.15MpapaMpapbbbb 65][,10][,230][,70 21 ???? ?? ???? pa510?2.5.2按扭轉(zhuǎn)強度初步計算軸的直徑計算軸的直徑，由于材料選擇 45 號鋼。A=120d>A =40.3mm 考慮到軸端需要開一個鍵槽，故將主軸直徑加 3%~5%并取標(biāo)準(zhǔn)值以3nP方便取軸端最小直徑。d>dm+3% m62.41.0??由于軸受力較大所以直徑為 85mm 等徑軸為基礎(chǔ)設(shè)計。軸與減速器采用套桶連軸器連接。軸與連軸器采用平鍵連接，軸承的軸向用過贏配合。軸承的定位軸肩取 105mm。?2.5.3按彎矩扭矩合成強度條件校核（1）輸出軸的轉(zhuǎn)矩：T=9550 mNnP???248.903圓周力： dTFt 5617013???徑向力： Nvpr 95.3214..5. ??用于軸上的拉力 Na78（2）求支坐反力a、在水平平面的支坐反力 得0??MAR (a+b)-BZ21?dFarNbrBZ69.05??得0?RFBZAZ2.18b、在垂直面的支坐反力大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 關(guān)于縫紉機針自動拋光機械手的設(shè)計計算18NFRtBYA1082?（3）軸的強度校核a、確定危險截面 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，轉(zhuǎn)矩圖，截面處的彎矩較大，故屬于危險截面。b、安全系數(shù)校核計算 由于減速器軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起的對稱循環(huán)的彎矩應(yīng)力，轉(zhuǎn)矩引起的為脈沖循環(huán)的切應(yīng)力。查表得軸的轉(zhuǎn)矩： mNPT???248.95.3大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 縫紉機針拋光機械手工作原理及電機的選擇19第三章 縫紉機針拋光機械手工作原理及電機的選擇3.1拋光自動線組成及工作原理全線由震動式順針機動 1、上料工作臺 2、四臺機械手 3、四只拋輪 4 和裝針斗 5 組成。四只拋輪分別由電動機經(jīng)傳動裝置（如曲柄滑塊機構(gòu)）帶動四只拋輪一同作左右往復(fù)運動。3.1.1 機械手的工作過程每臺機械手由自身的電子順序控制器，根據(jù)拋光工藝所編制的程序，依次進行程序轉(zhuǎn)換，控制機械手液壓系統(tǒng)的電磁換向閥，從而使機械手按程序進行動作。四臺機械手的動作完全相同。全線動作過程如下：機械手 I（以下簡稱手 I）在上料位置，工人將拋光針 70～80 支整齊后送到待夾料位置， 發(fā)信起動，手 I 的手指將針夾牢，手臂順時針回轉(zhuǎn) 90°到拋輪位置（此時拋輪已旋轉(zhuǎn)并左右移動） ，手臂上下擺動一次，手腕回轉(zhuǎn) 180°，手臂再上下擺動一次（手臂的兩次下擺動作時間不同，根據(jù)實際需要可自動調(diào)整）手臂順進針再回轉(zhuǎn) 90°（即到 180°位置） ，手 I 與手 II 同到換夾針位置，手 II 先將縫紉機針夾住發(fā)信，手 I 的手指才松開，并開始復(fù)原，即手臂反時針回轉(zhuǎn) 180°同時手腕反向回轉(zhuǎn) 180°到達上料位置等待下個工作循環(huán)。手 II、手 III 和手 IV 的動作程序與手 I 的完全相同，縫紉機針就在機械手間依次傳遞、調(diào)換大小頭、進行粗拋和精拋操作。當(dāng)手 IV 拋光完了，手臂轉(zhuǎn)到下料位置進手指松開，將拋光好的針卸到裝針斗中。至此，第一組針拋光工序結(jié)束。從上述可知，機械手的動作有：手臂左右回轉(zhuǎn) 180°，并且有三個設(shè)定位置即 0°上料點（起點） 、90°工作點和 180°下料點（終點） ；手臂上下擺動近似 15°；手腕回轉(zhuǎn) 180°及手指夾松動作。3.1.2 機械手的工作參數(shù)抓針數(shù)量：一次夾持縫紉機針 70～80 支座標(biāo)型式和自由度：類似球座標(biāo)，具有三個自由度手臂最大工作半徑：472 毫米手臂回轉(zhuǎn)范圍：0～180°，回轉(zhuǎn)角速度為 90°/秒手臂俯仰范圍：0～15°手腕回轉(zhuǎn)范圍：0～180°大連水產(chǎn)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 第三章 縫紉機針拋光機械手工作原理及電機的選擇20